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研究人员为探究刚果锥虫（Trypanosoma congolense）滞留机制，构建 3D 微血管模型及动物模型，发现其与 cAMP 信号等相关，意义重大。
刚果锥虫研究：从谜团到曙光
在非洲大陆，有一种看不见的 “杀手” 正威胁着众多哺乳动物的健康，它就是刚果锥虫（Trypanosoma congolense）。这种单细胞的血管内寄生虫，能引发动物非洲锥虫病（animal African trypanosomiasis，又称 nagana），尤其对非洲的家畜和犬类危害极大。当刚果锥虫在血液中肆意复制时，它会紧紧黏附在血管内皮上，这个过程被称为滞留（sequestration）。别小看这一行为，它与疾病的临床结果、严重程度以及器官病变都有着千丝万缕的联系。然而，就像隐藏在迷雾中的秘密，刚果锥虫滞留的具体机制一直不为人知。
以往的研究困难重重，动物模型的巨大差异使得研究结果难以统一分析，对寄生虫进行基因操作的工具也才刚刚起步，而且缺乏能真实模拟寄生虫与内皮细胞相互作用复杂性的体外模型，这些都如同坚固的壁垒，阻碍着科研人员探索的脚步。但求知的欲望驱使着科学家们不断前行，为了揭开刚果锥虫滞留机制的神秘面纱，来自葡萄牙里斯本大学高等技术学院（Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa）、古尔班基安分子医学研究所（Gulbenkian Institute for Molecular Medicine）等多个机构的研究人员展开了一场科研攻坚。最终，他们的研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们带来了新的希望。
研究方法：搭建探索机制的桥梁
研究人员为了深入探究刚果锥虫的滞留机制，采用了多种先进的技术方法。首先是构建 3D 微血管模型，通过软光刻和注塑技术，在胶原蛋白支架上打造出具有特定几何形状的 3D 微流体网络，成功培养出模拟牛脑血管和主动脉的微血管，让研究可以在接近真实生理环境的条件下进行。其次，运用细胞培养技术，对牛脑微血管内皮细胞（BBMVEC）、牛主动脉内皮细胞（BAOEC）等多种细胞进行培养，并对寄生虫进行纯化和培养。此外，还借助了多种检测技术，如利用扫描电子显微镜观察寄生虫与微血管的结合情况，通过转录组分析来研究寄生虫基因表达的变化等。
研究结果：点亮机制探索的明灯
- 3D 微血管模型的构建与验证：研究人员精心构建了模拟心脏和脑血管的 3D 微血管模型。在这个模型中，BAOEC 和 BBMVEC 都呈现出预期的内皮和连接标记表达，并且细胞形态和细胞骨架结构也符合各自的特点。这就像是搭建了一个精准的舞台，为后续研究刚果锥虫在不同血管环境中的行为奠定了坚实基础。
- 刚果锥虫滞留的影响因素：研究发现，刚果锥虫的滞留与壁面剪切应力（WSS）、寄生虫菌株以及内皮细胞类型紧密相关。不同寄生虫菌株对不同内皮细胞床的结合行为存在差异，例如 1/148 菌株在高 WSS 下与脑微血管的结合力较弱。而且，整体上刚果锥虫的滞留显著高于恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）HB3var03 与人 3D 脑微血管的结合，这凸显了刚果锥虫在脑微血管结合方面的独特性。进一步研究还发现，干扰 cAMP 稳态能够有效阻止和逆转刚果锥虫的滞留。用 NPD-1015 处理寄生虫后，其与内皮细胞的结合能力大幅下降，这表明 cAMP 在刚果锥虫滞留过程中起着关键的调控作用。
- 刚果锥虫滞留与增殖、传播的关系：研究人员通过一系列实验惊喜地发现，滞留的刚果锥虫在哺乳动物宿主中增殖更快。无论是在体外的塑料底物上、3D 微血管中，还是在体内的小鼠模型中，滞留寄生虫的细胞周期都显示出更高的增殖比例。然而，在传播能力方面，尽管之前有研究猜测非滞留寄生虫可能更易传播，但本研究表明，滞留和非滞留的寄生虫都能在体外成功分化为昆虫阶段并感染采采蝇。不过，NPD-1015 处理的寄生虫感染采采蝇的比例明显降低，且滞留寄生虫会导致采采蝇感染更严重，这暗示着滞留可能对寄生虫的传播产生潜在影响。
- 刚果锥虫滞留与基因表达的关联：对滞留和非滞留寄生虫的基因表达谱进行深入比较后发现，两者存在显著差异。有 523 个基因的表达出现变化，其中 323 个基因在滞留寄生虫中上调。值得注意的是，不同的 VSG 基因亚型在滞留和非滞留寄生虫中的表达也有所不同，例如 VSG phylotype 8 在滞留寄生虫中表达占优，这表明 VSG 基因可能在刚果锥虫滞留过程中发挥着重要作用。
研究结论与讨论：开启未来研究的新征程
这项研究成果意义非凡，研究人员通过构建生理相关的体外系统并结合体内动物模型，大大加深了我们对锥虫滞留的理解。他们发现了流动机械信号对滞留的重要影响，揭示了 cAMP 在调节滞留中的关键作用，明确了滞留与细胞周期的联系且该联系与传播能力无关，并对滞留寄生虫的基因表达谱进行了详细刻画。
当然，研究也存在一些局限性。比如在心脏模型中使用的是主动脉内皮细胞，与实际的心脏微血管内皮细胞存在差异；实验主要在低粘度条件下进行，没有充分考虑血液细胞成分和粘度等因素的影响。但这些不足也为未来的研究指明了方向。未来可以进一步优化模型，使用更接近真实情况的细胞类型；同时，深入研究血液成分对刚果锥虫滞留的影响。
总的来说，该研究为评估锥虫与血管内皮的相互作用提供了全新的实验模型，为深入探究刚果锥虫滞留的机制奠定了坚实基础，有望推动相关疾病治疗和防控策略的发展，让我们在对抗动物非洲锥虫病的道路上迈出了重要一步。
